重庆大学毕业论文超细石灰粉对RPC的水化促进作用研究

重庆大学本科学生毕业设计（论文）超细石灰粉对RPC的水化促进作用研究学生零朝维学号20123310指导教师吴建华专业材料科学与工程（建筑材料工程专业方向）重庆大学材料科学与工程学院二O一六年六月GRADUATIONDESIGNTHESISOFCHONGQINGUNIVERSITYRESEARCHONTHEEFFECTOFULTRAFINELIMESTONEPOWDERONHYDRATIONACCELERATINGOFRPCUNDERGRADUATELINGCHAOWEISUPERVISORPROFWUJIANHUAMAJORMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGCOLLEGEOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGCHONGQINGUNIVERSITYJUNE2016重庆大学本科学生毕业设计（论文）摘要I摘要为了使石灰石粉能够在建筑工程领域取得更广泛的应用，本文研究了超细石灰石粉应用于RPC时的水化促进作用。结合蒲心诚教授提出的火山灰效应分析方法及吴中伟院士提出的中心质假说对RPC的强度进行了分析，采用灼烧失重法间接测试了RPC的化学结合水量，考察了不同条件下RPC的流动度，强度及化学结合水量等指标。研究结果表明（1）石灰石粉能很好地改善RPC拌合物的流动度，且拌合物流动度随着石灰石粉细度和掺量的增加而增加；当石灰石粉的细度增加到一定程度时，拌合物流动度的增幅开始减缓，而在较高掺量时仍有较大的增长趋势。（2）內掺时，掺加800目石灰石粉对RPC强度的效果优于400目和1250目；在內掺石灰石粉各掺量的配比中，15的掺量所表现出的性能是最佳的；（3）RPC强度总体上随水胶比的增大而降低，但是018的水胶比和016的水胶比强度接近，且流动度较好，是较为理想的水胶比。（4）石灰石粉能加速RPC拌合物的水化反应，且等效结合水量随细度的增加而增加，但是400目的石灰石粉对RPC拌合物的水化促进作用有限，甚至会抑制水化作用，考虑到RPC本身需要高强度，本文不建议使用；（5）RPC內掺石灰石粉的掺量越大，对RPC的水化促进作用越强，但是掺量达20后，其作用已达饱和点，综合分析水化促进作用和强度要求，石灰石粉在RPC的掺量为15时较为适宜。关键词超细石灰石粉，RPC，火山灰效应，化学结合水量，水化促进作用重庆大学本科学生毕业设计（论文）ABSTRACTIIABSTRACTINORDERTOUSELIMESTONEPOWDERMOREWIDELYINTHECONSTRUCTIONENGINEERING,THEHYDRATIONACCELERATINGEFFECTINRPCOFULTRAFINELIMESTONEPOWDERWASINVESTIGATEDINTHISSTUDYTHEANALYSISMETHODOFPOZZOLANICEFFECTRAISEDBYPROFESSORPUXINCHENGANDTHECENTRALHYPOTHESISRAISEDBYACADEMICIANWUZHONGWEIWASUSEDTOEXPLAINTHESTRENGTHOFRPC,THECHEMICALLYCOMBINEDWATERCONTENTWASMEASUREDBYTHEMETHODOFIGNITIONLOSSSEVERALINDEXESINCLUDINGTHEFLOWABILITYOFRPCMIXTURE,COMPREHENSIVESTRENGTH,FLEXURALSTRENGTHANDTHECHEMICALLYCOMBINEDWATERCONTENTWEREINVESTIGATEDTHERESULTOFTHISRESEARCHSHOWSTHAT1THEFLOWABILITYOFRPCMIXTURECANBEIMPROVEDBYTHELIMESTONEPOWDERNICELY,ANDINCREASEWITHTHEINCREASEMENTOFTHEFINENESSANDTHEMASSFRACTIONOFLIMESTONEPOWDERWHENTHELIMESTONEPOWDERFINENESSINCREASINGTOACERTAINEXTENT,THEFLOWABILITYINCREASEMENTOFMIXTUREBEGANTOSLOWDOWN,WHILESTILLHAVEALARGERTRENDATAHIGHMASSFRACTION2WHENTHELIMESTONEPOWDERWASMIXEDINTERNALLY,THEEFFECTOFLIMESTONEPOWDERHAVINGFINENESSOF800MESHISBETTERTHANLIMESTONEPOWDEROF400MESHAND1250MESHRPCWITHMASSFRACTIONOF15OFLIMESTONEPOWDERHAVETHEBESTPERFORMANCEAMONGTHESEVERALMASSFRACTIONSTHATWEREINVESTIGATED3THESTRENGTHOFRPCDECREASEGENERALLYWITHTHEINCREASEMENTOFW/BBUTTHESTRENGTHOFRPCWITHW/BOF018,WHICHFLOWABILITYISBETTER,AREAPPROXIMATETOW/BOF016SO018ISANIDEALW/BOFRPC4LIMESTONEPOWDERCANACCELERATETHEHYDRATIONPROCESSOFRPC,THECONTENTOFCHEMICALLYCOMBINEDWATERINCREASEWITHTHEINCREASEMENTOFTHEFINENESSOFLIMESTONEPOWDER,BUTTHEEFFECTOFLIMESTONEPOWDERWITHFINENESSOF400MASHISLIMITED,EVENINHIBITTHEHYDRATIONOFRPC,SOITISNOTRECOMMENDEDTOUSEINTHISPAPERCONSIDERINGTHESTRENGTHOFRPC5THEMORELIMESTONEPOWDERWASMIXEDINRPC,THEGREATERTHEEFFECTOFACCELERATINGTHEHYDRATIONOFRPC,BUTTHEEFFECTHAVEREACHITSSATURATIONVALUEWHENTHEFRACTIONOFLIMESTONEPOWDERUPTO20AFTERACOMPREHENSIVEANALYSISOFHYDRATIONANDSTRENGTHREQUIREMENTS,WETHOUGHTTHATITISMORESUITABLEFORLIMESTONEPOWDERWITHFRACTIONOF15KEYWORDSULTRAFINELIMESTONEPOWDER,RPC,POZZOLANICEFFECT,CHEMICALLYCOMBINEDWATERCONTENT,HYDRATIONACCELERATINGEFFECT重庆大学本科学生毕业设计（论文）目录I目录摘要IABSTRACTII1绪论111国内外的研究现状分析1111RPC国内外研究现状综述1112石灰石粉在混凝土中的应用国内外研究综述2113石灰石粉用于RPC中的研究现状212课题的目的及意义313本文主要研究内容32原材料与试验方法521原材料5111水泥5112硅灰5113石英砂5114石英粉5115石灰石粉5116水6117减水剂622试验方法6221试件成型方法6222试件养护制度6223原材料烧失量实验6224RPC拌合物流动度试验6225RPC胶砂强度试验6226化学结合水量试验623数据分析方法7231结合水量分析方法7232抗压强度数值分析方法7233中心质假说83超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响10重庆大学本科学生毕业设计（论文）目录II31试验设计10311石灰石粉细度对RPC工作性能的影响配合比设计10312石灰石粉掺量对RPC工作性能的影响配合比设计11313石灰石粉掺量方式对RPC性能的影响配合比设计1132石灰石粉细度对RPC拌合物工作性能的影响1233石灰石粉掺量对RPC拌合物工作性能的影响1334石灰石粉掺加方式对RPC拌合物工作性能的影响1435本章小结154超细石灰石粉对RPC强度的影响1641试验设计16411石灰石粉细度、掺量及掺加方式对RPC强度的影响配合比16412不同水胶比条件下石灰石粉对RPC强度的影响配合比1642石灰石粉细度对RPC强度的影响1743石灰石粉掺量对RPC强度的影响2044石灰石粉掺加方式RPC强度的影响2245水胶比对RPC强度的影响2346本章小结245超细石灰石粉对RPC化学结合水量的影响2551试验设计2552石灰石粉细度对RPC化学结合水量影响2553石灰石粉掺量对RPC化学结合水量的影响2754本章小结296结论与展望3061结论3062展望30致谢32参考文献33重庆大学本科学生毕业设计（论文）1绪论11绪论11国内外的研究现状分析111RPC国内外研究现状综述活性粉末混凝土（RPC）是法国BOUYGUE公司PRICHARD于1993年率先研制出一种新的超高性能、高韧性水泥基复合材料，它集DSP材料、高强混凝土和纤维混凝土的优势于一体，是一种高技术复合材料1。RPC的基本配制原理是尽可能减少材料内部的缺陷，以取得由组成材料所决定的最佳性能。据此，配制RPC的原材料的平均粒径在01M1MM之间，以尽量减小材料内部的孔间距，使RPC基体更加密实。RPC的制备采取了以下措施1剔除粗集料以改善匀质性；2优化颗粒级配，并且在凝固前和凝固期间加压，以改善基体的密实性；3凝固后采用热养护改善微结构；4掺入微细的钢纤维以提高韧性。前三条措施使基质具有很高的抗压强度，但是其韧性并不比普通混凝土高很多。掺加钢纤维后明显提高了抗弯拉强度，同时可以获得所需要的高韧性和延性2。美国、加拿大等国家首先开始对RPC进行研究并在工程中应用，而RPC在桥梁工程领域有着独特的优势，目前所取得的具有典型代表意义的工程实例如下1997年，加拿大SHERBROOKE市建起了一座跨径60M的RPC人行桁架桥；由法国著名建筑设计师RUDYRICCIOTI设计完成的韩国和平步行桥，难度到建设规模上已经远超过SHERBROOKE人行桥，标志着RPC在实际工程领域应用上达到了一个新的高度；2002年澳大利亚建成了一座可容纳4车道的预应力RPC公路桥，它的建成成为RPC真正应用于工程结构领域的一个标志，是RPC应用的一次突破；2006年美国建成了第一座高等级RPC单跨简支梁桥梁，该桥梁荣获了2006年度波特兰水泥协会桥梁奖，被誉为开创“未来桥梁”的重要一步3。国外对RPC的研究与应用已较成熟。我国对RPC的理论研究起步较晚，相关国家标准GB/T313872015活性粉末混凝土直到2015年才第一次发布，实施还不到一年。国外研究者一般采用水泥硅灰两组分胶凝材料配制RPC，而国内研究者结合我国HPC的制备技术及经验，选择了水泥粉煤灰硅灰三组分胶凝材料体系。1997年清华大学覃维祖教授最早向国内引进了RPC材料，首先提出从物理及化学即静态的密实堆积及动态的水化填充两方面来考虑4；宋少民、未翠霞、杨吴生及黄政宇等人对RPC的耐久性进行了研究认为RPC具有极好的耐久性5；郑文忠、李莉及刘娟红、宋少民等分别提出了各自的RPC配合比设计模型3,6。重庆大学本科学生毕业设计（论文）1绪论2北京交通大学于2003年制成的RPC无筋空心盖板，抗压强度和抗折强度分别为140MPA和14MPA，在建材预制厂生产，安装便捷、自重轻、耐久性优异，应用于北京五环路桥上并运营至今，其性能表现优良。这是RPC材料在国内的首次工程应用。同时，由于RPC人行道盖板等构件不仅具有超高的强度、优良的耐久性等特点，而且还有自重轻、可以有效减轻桥面的二期配重、施工操作简单、造型较易、结构美观、长期社会经济效益显著等特点，这种构件已经被前铁道部通用图纸采用，且规定客运专线和城际高速铁路的盖板统一使用RPC盖板。RPC盖板在郑西客运专线、湘渝铁路复线、京沪高速、哈大客运专线、沪宁城际、哈齐客专等工程中已经得到应用3。112石灰石粉在混凝土中的应用国内外研究综述在混凝土中掺入矿物掺合料是现代混凝土技术的有一大技术突破，它不仅可以节约水泥熟料，带来巨大的环保效益，符合资源节约型、生态环保型的发展理念，同时还使新拌混凝土和硬化混凝土的性能得到大大改善，当今的土木工程领域已离不开各种矿物掺合料。然而，随着我国基础设施建设的蓬勃发展，常用的粉煤灰资源却面临着供不应求的现状，而且在全国分布不均匀。在我国的南方和西南一些地区，粉煤灰等矿物资源比较缺乏，并将在长期维持现状，这已经成为限制商品混凝土企业发展的一个客观因素。而石灰石在这些区域却分布广泛、储量巨大，而且价格低，是替代粉煤灰较为的理想材料之一。国外对石灰石粉在混凝土中的应用很早就已经开始了，德国开发生产了石灰石粉掺量从620的石灰石波特兰水泥；而波特兰石灰石水泥在法国已有较长的历史，每年的产量也最多，而且已经形成品种标准CPJ45R、CPJ55R，石灰石粉既可复掺亦可单掺，单掺石灰石粉量可达1025。在欧洲，石灰石波特兰水泥已经被列为一种单独类型的水泥品种7。日本从20世纪末就已经开始广泛应用石灰石粉于高流动性混凝土和高性能喷射混凝土之中。美国ACI2121R81ADMIXTURESFORCONERETEANDGUIDEFORUSEOFADMIXTURESINCONCRETE中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料8。国内学者和工程技术人员对石灰石粉的应用也进行了大量的研究。刘数华、阎培渝研究了石灰石粉对复合胶凝材料的水化性能和填充效应等问题9；袁航、谢友均研究了石灰石粉细度对混凝土性能的影响10；饶美娟、刘数华等对石灰石粉对水泥基材料的水化动力学的影响进行了研究11他们提出，石灰石粉在水泥基材料中的效应可归纳为加速效应、活性效应和颗粒形貌效应。113石灰石粉用于RPC中的研究现状对RPC和石灰石粉国内外均有大量的研究和应用，但是对于在RPC掺入石灰重庆大学本科学生毕业设计（论文）1绪论3石粉则鲜见报道，对石灰石粉在RPC中的作用效应有待进一步的研究。12课题的目的及意义2016年2月，中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见提出“大力推广装配式建筑，建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30。”可想在今后很长一段时间内，建筑业对混凝土预制件的需求是很大的。而RPC在混凝土构件预制厂可以较容易满足它的成型养护工艺，制造出来的RPC预制件性能非常高。在一些普通工程中，并不需要如此高的性能，所以可以放宽RPC的原材料要求，通过掺入石灰石粉，不仅可以促进胶凝材料的水化，而大幅度的降低了成本。国外对RPC的研究主要集中在水泥硅灰二元胶凝体系上，导致了RPC材料的成本很高，难以大量推广到普通工程上；此外，由于RPC的水胶比非常低，胶凝材料的水化程度很低。有文献指出，硬化后RPC结构内部存在大量未水化完全的水泥熟料颗粒和活性粉末颗粒12。未水化的胶凝材料颗粒充当细微集料，这是非常不经济的。对石灰石粉用于混凝土的应用国内外已有较多研究且已经取得一定的成果。但是对石灰石粉用于RPC中则少有研究。宋少民、刘娟红等指出“HPC需要掺入活性较低且易于加工的超细填料13。”在RPC中掺入石灰石粉，部分代替作为填充料的不反应的胶凝材料，不仅可以进一步降低其造价成本，而且在一定条件下可以参与水化反应，使RPC获得更优良的性能，使这种超高性能混凝土得到进一步的推广。本论文的目的旨在研究石灰石粉对RPC水化促进作用的影响，为石灰石粉在RPC中的应用提供理论指导，推动RPC在工程中的应用。由于RPC的超高强度，超高耐久性和韧性等突出优点，具有较好的环保特点，推广使用之必将带来巨大的社会经济效益。13本文主要研究内容本论文立足于RPC，通过试验研究石灰石粉的掺入对RPC产生的一系列影响，研究石灰石粉对RPC的作用，得出石灰石粉在不同条件下对RPC拌合物流动度、抗压强度、抗折强度及化学结合水量的影响规律。具体研究内容如下（1）超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响主要研究石灰石粉在不同细度、不同掺量及不同掺加方式下对RPC拌合物工作性的影响。重庆大学本科学生毕业设计（论文）1绪论4（2）超细石灰石粉对RPC力学性能的影响主要研究石灰石粉在不同条件下（细度、掺量、掺加方法、水胶比及养护制度）对RPC抗压强度及抗折强度的影响规律。（3）超细石灰石粉对RPC的化学结合水量的影响研究研究石灰石粉在不同细度、不同掺量下对RPC化学结合水量的影响，间接分析石灰石粉对RPC的水化促进作用。重庆大学本科学生毕业设计（论文）2原材料与试样研究方法52原材料与试验方法21原材料111水泥采用重庆富皇水泥有限公司生产的PO425R级普通硅酸盐水泥，物理性能见表21。水泥的物理性能表21细度45M/标准稠度初凝时间/MIN终凝时间/MIN安定性（饼法）抗压强度/MPA抗折强度MPA/烧失量/3D28D3D28D84269145230未见裂纹未见翘曲2714925286536112硅灰比表面积为22600M2/KG，平均粒径为02M，需水比为115左右，其化学成分见表22。硅灰的化学成分（）表22化学成分SIO2FE2O3AL2O3CAOMGOSO3FCAO碱含量烧失量硅灰9532128014006005043886113石英砂细度为70140目，实测密度为2712G/CM3，粒径为212380M。114石英粉细度为325目，实测密度为2626G/CM3，平均粒径为501M。115石灰石粉细度分别为400目、800、1250目石灰石粉，比表面积分别为4446M2/KG、13194M2/KG、1888M2/KG。烧失量见表23。重庆大学本科学生毕业设计（论文）2原材料与试样研究方法6116水重庆市自来水，符合混凝土拌和用水标准JGJ632006的要求。117减水剂重庆科之杰新材料有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂，减水率25，固含量为20。22试验方法221试件成型方法将称量好的粉料加入搅拌锅内干拌34分钟，然后加入全部的减水剂和一半的水搅拌56分钟，最后加入剩余的水搅拌直至均匀。将RPC拌合物装入40MM40MM160MM试模中，在振动台振动58分钟完成成型。222试件养护制度试件成型一天后拆模，然后采用两种不同的养护制度进行养护。本研究采用的两种养护方式如下（1）标准养护试件拆模后直接移至标准养护室养护至测试龄期；（2）热水养护试件拆模后放入90的热水中养护3天，热水养护完成后留在水浴箱中直至温度降到室温，然后转入标准养护室中养护至测试龄期。223原材料烧失量实验按GB/T1762008水泥化学分析方法进行，测试对象有水泥、硅灰及三种细度的石灰石粉。224RPC拌合物流动度试验按GB/T24192005水泥胶砂流动度测定方法进行。225RPC胶砂强度试验按GB/T176711999水泥胶砂强度检验方法ISO法进行。226化学结合水量试验采用灼烧失重法。将采用热水养护至测试龄期的试件敲碎，用无水乙醇浸泡1天使其中止水化，然后放入60的烘箱内烘至恒重，待测；取10G左右的试样放入瓷坩埚重在105烘至恒重后，取出称量得M105；然后又放入马弗炉内升温至1050，保持一个小时后断电，待炉内温度降至室温，将试样取出进行称量得M1050。由此可计算出试样的活性结合水量，计算公式如下重庆大学本科学生毕业设计（论文）2原材料与试样研究方法710510501050100公式（21）公式（22）式中单位质量胶凝材料的化学结合水量，；105试样在105下烘干至恒重时的质量，G；1050试样在1050下烘干至恒重时的质量，G；L试样中各材料的烧失量总和，各胶凝材料在试样中的百分数，；各胶凝材料的烧失量，。各原材料的烧失量如表23。各原材料的烧失量/表23材料水泥硅灰石灰石粉400目800目1250目烧失量53688643684484438823数据分析方法231结合水量分析方法对化学结合水量进行分析时，由于掺合料取代了水泥，各个配合比之间的可比性不强甚至没有可比性，所以本文采用胡曙光教授等人提出的等效结合水量和水化影响因子14来分析。等效结合水含结合水含量/1掺合料的掺量水化影响因子等效结合水含量/同龄期纯水泥的结合水含量若水化影响因子1，则掺合料促进水泥水化，水化影响因子越大则促进作用越显著；若水化影响因子1，则粉煤灰延缓水泥水化，越小则延缓作用越显著。232抗压强度数值分析方法本文对RPC的抗压强度分析，参照蒲心诚教授提出的火山灰效应数值分析方法15，分析不同掺量、不同细度等条件下石灰石粉对RPC强度构成的影响。定义单位水泥用量对混凝土强度的贡献为混凝土比强度RSA，有0公式（23）重庆大学本科学生毕业设计（论文）2原材料与试样研究方法8式中RA含掺合料混凝土的强度绝对值，MPA；0含掺合料混凝土的胶凝材料中水泥的质量分数，。没有掺料的基准混凝土，水泥质量分数为100，故其比强度为100公式（24）式中RC基准混凝土的强度绝对值，MPA。RSA与RSC的差值即为火山灰效应贡献的比强度RSP，即公式（25）定义比强度系数K为公式（26）进而引出火山灰效应强度贡献率PA，用以数值化表征掺合料的火山灰效应对混凝土强度的贡献大小100公式（27）同理有水化反应的强度贡献率PH100公式（28）将火山灰效应强度贡献率PA，除以掺合料的质量分数Q，得到单位掺合料所能提供的火山灰效应强度贡献率，将其定义为该掺合料的活性指数A公式（29）按1的掺合料与1的水泥对混凝土的强度贡献率进行比较，若A1，表明掺合料的贡献大于水泥的贡献，反之亦反。233中心质假说16,17采用吴中伟院士于1958年提出的中心质假说来分析石灰石粉的掺入对RPC强度的影响，如图21是中心质假说的示意图。按照吴中伟院士的观点，在界面的第二层次上，未水化的水泥颗粒及矿物掺合料颗粒属于次中心质（H），水泥水化生成的凝胶物质属于次介质（L），它们与属于负中心质的毛细孔组成水泥石。在一定条件下，H/L的值越大，则水泥石强度越高，H/L存在最佳值，当H/L达到最佳值后，则水泥石的强度随H/L比值的增大而降低。对此，刘娟红等人作出的解释是这种中心质效应是有利的，减小中心质之间的距离，可以使这种效应得到叠加，提高强度。但是当H/L比值过大，及凝胶物质过少，以至不足以填充满中心质之间的空隙时，则导致强度降低3。重庆大学本科学生毕业设计（论文）2原材料与试样研究方法9图21中心质假说示意图重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响103超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响工作性是混凝土的重要评价指标之一，特别是在当代的混凝土工程领域，混凝土拌合物良好的工作性受到越来越高的重视。良好的工作性不仅易于泵送施工，而且产生的环境噪音小，施工劳动强度小，更重要的是混凝土内部缺陷少，施工控制和质量控制均较容易。石灰石粉在混凝土拌合物中具有比重效应、形态效应和填充效应，比重效应指石灰石粉的细度小于水泥的细度，以一定掺量取代水泥后浆体的量增多，从而提高拌合物的工作性18；形态效应指超细的石灰石粉分散在水泥凝胶颗粒之间，释放其中的水分，起到分散剂的作用；填充效应指超细石灰石粉填充与胶凝材料颗粒之间，优化了粉体材料的颗粒级配，改善拌合物的工作性10。本文研究了石灰石粉在不同细度、不同掺量及不同掺加方式下对RPC拌合物工作性的影响。31试验设计本章研究了不同细度、不同掺量以及不同掺加方式的超细石灰石粉对RPC拌合物流动度的影响，并作为后续章节的实验配合比，为此，设计以下试验。311石灰石粉细度对RPC工作性能的影响配合比混凝土矿物掺和材料的细度是其自身的重要性质之一，它不仅影响掺和材料自身化学活性的大小及其价格，对混凝土的各项性质也有重要影响，如混凝土颗粒体系的级配、对混凝土拌合物工作性等都有很大的影响。为分析石灰石粉的细度对RPC各项性能的影响，采用三种细度的石灰石粉，分别是400目、800目和1250目，同时与不掺石灰石粉的RPC对比，设计配合比见表31。石灰石粉的细度对RPC性能的影响配合比表31编号水泥/KG硅灰/KG石英砂/KG石英粉/KG石灰石粉/KG水胶比减水剂石灰石粉细度基准81262031893830060022LP400690769076907172617261726893889388938150315031503302630263026020202222400目LP800800目LP12501250目重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响11注石灰石粉掺量为15，內掺等比例取代水泥和硅灰，除此之外，每个配合比均相应细度的用石灰石粉取代了50的石英粉。312石灰石粉掺量对RPC工作性能的影响配合比矿物掺合料的掺量是混凝土配合比设计的一个重要指标，掺量的多少对新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的力学性能和耐久性等都有很大的影响，同时在一定程度上影响混凝土的工程造价。掺得太少，起不到节约成本，改善混凝土性能等应有的作用；掺得过多，也会对混凝土的性能造成不利的影响。本文为了研究石灰石粉不同掺量下对RPC的影响，采用1250目的石灰石粉，设计配合比见表32。不同掺量石灰石粉对RPC的影响配合比表32编号水泥/KG硅灰/KG石英砂/KG石英粉/KG石灰石粉/KG石灰石粉取代胶凝材石灰石粉取代石英粉水胶比减水剂基准812620318938893889388938893889383006000020202020202222222LP081267313690720311828172615031503150315031503150305050505050LP10251910LP15302615LP2065011625353420LP2560951523404225313石灰石粉掺量方式对RPC性能的影响配合比石灰石粉掺加方式对RPC性能的影响配合比表33编号水泥KG硅灰KG石英砂KG石英粉KG石灰石粉KG水胶比减水剂掺加方式181262031893830060基准组28126690720311726893889381503300615031503022外掺3內掺现在已经有大量文献证实石灰石粉在水泥水化过程中参与了反应，与水泥中的铝相反应生成碱式碳铝酸钙。这不但与石灰石粉的细度等性质相关，与水泥的化重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响12学性质特别是C3A的含量关系更大，水泥中C3A含量越多，石灰石粉表现出的活性越大。但总的来说石灰石粉的活性还是很低的，真正参与水化反应的量很少。所以在掺入石灰石粉时，将其视作有活性的掺和材还是惰性的填充料就是一个必须考虑的问题。本文研究了石灰石粉两种掺加方式，即将石灰石粉作为有活性的掺和材內掺取代水泥和硅灰以及作为惰性的填充料外掺取代石英粉，对RPC的影响。实验配合比设计见表33。32石灰石粉细度对RPC拌合物工作性能的影响在本实验中采用了三种不同细度的石灰石粉400目、800目及1250目，研究石灰石粉在不同细度下对RPC拌合物流动度的影响。实验配合比如表31，实验结果如图31。由图31可知，随着石灰石粉细度的增加，RPC拌合物的流动度跟着增加，但增加幅度减缓。掺入石灰石粉后，RPC的流动度均大于不掺石灰石粉的基准试样，特别是掺800目及1250目石灰石粉的LP800及LP1250试样，增加幅度更大，比基准试样分别增加了216和270。如前所述，由于石灰石粉的细度比水泥细，掺入一定量的石灰石粉后可以填充到水泥颗粒之间的空隙中，优化了颗粒级配，起到填充作用；与此同时还置换出包裹在其中的水分，使水泥颗粒解絮，从而使拌合物的流动度大幅增加。石灰石粉的细度越细，相同掺量下细颗粒越多，对颗粒级配的优化效果越好，对水泥颗粒的解絮作用越强，所以拌合物的流动度随着石灰石粉细度增大而增大。另外，石灰石粉一般被视作惰性材料，以內掺的方式掺入则减少了胶凝材料的量，相当于增大水胶比，这也是拌合物流动度增大的原因之一。400目的石灰石粉只比水泥细一点，主图31不同细度石灰石粉对RPC拌合物工作性的影响1250170180190200210220230240流动度MM细度目基准400800重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响13要通过增大水胶比来改善流动度，所以它相比于基准试样，流动度的增幅并不大。当石灰石粉的细度增加到一定程度时，拌合物流动度的增幅开始减缓，这是因为这时石灰石粉的比表面积很大，在其表面覆盖一层水膜的需水量增大，与其自身的减水效应形成一对矛盾，所以拌合物的流动度的增幅开始减缓。综上所述，石灰石粉能很好地改善RPC拌合物的流动度，且拌合物流动度随着石灰石粉细度的增加而增加；当石灰石粉的细度增加到一定程度时，拌合物流动度的增幅开始减缓。33石灰石粉掺量对RPC拌合物工作性能的影响实验研究了石灰石粉在內掺五种掺量（0、10、15、20、25）下对RPC拌合物流动度的影响，采用1250目的石灰石粉，配合比见表32，实验结果如图32。由图32易知，拌合物流动度随着石灰石粉掺量的增加而显著增加。在掺量达25的情况下仍有较大的增长趋势，其流动度比掺量为0的LP0试样增长了41。同样因为石灰石粉的比重效应及形态填充效应，掺入石灰石粉均使得RPC拌合物的流动度得到较大幅度的提高。掺量越大，超细粉越多，对水泥的絮凝结构的解絮作用越强，可以释放更多的自由水，使浆体拌合物流动度提高的越多；同时，掺量越大，取代水泥的石灰石粉体积越大，使拌合物体系浆体增加更多，同样也会进一步提高流动度。另一方面，石灰石粉以內掺的方式掺入必然使得胶凝材料总量减少，石灰石粉的掺量越大，胶凝材料总量减少得越多，但是真正作为胶凝材料发挥作用的石灰石粉非常少，大部分仍为没有活性的惰性填充料，而此时用水量不变，0510152025210220230240250260流动度MM掺量图32不同掺量石灰石粉对RPC拌合物工作性的影响重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响14导致实际水胶比随着石灰石粉掺量的增加而增大，故而流动度得以大幅提高。需要指出的是，由于实验中每个配合比均用石灰石粉取代了50的石灰石粉，使得在不取代胶凝材料的情况下，LP0号试样仍有较高流动度，达210MM。有文献提出，当石灰石粉掺量达到一定程度后，混凝土拌合物的工作性增加幅度不明显，并指出是由于石灰石粉细度较细，当过量的石灰石粉掺入混凝土中，润湿其表面的需水量大于其自身的减水作用造成的19。本实验得出在石灰石粉掺量达25的情况下流动度仍有较大的增长趋势，这与该文献的观测结果并不一致。这可能是因为水胶比差异较大的原因导致的，该文献所用的水胶比为042，而本文所用水胶比仅为02。该文献所用水胶比较大，在石灰石粉掺量较高时因为实际水胶比的增加而提高工作性的效果不明显，反而是超细石灰石粉需水量增加这个因素占了主导地位，所以此时工作性增加并不明显；而在本文中所用水胶比很低，石灰石粉掺量较大时造成实际水胶比增大，从而提高流动度这一因素仍占主导地位，所以此时流动度增幅仍较大。综上所述，RPC拌合物的流动度随石灰石粉掺量的增加而有较大幅度的提高，且在较高掺量（25）下仍有较大的增长趋势。34石灰石粉掺加方式对RPC拌合物工作性能的影响实验研究了石灰石粉在两种掺加方式下对RPC拌合物工作性的影响，分别为把石灰石粉视作惰性填充料取代石英粉以及把石灰石粉视作有活性的掺和料等比例取代水泥和硅灰。采用1250目石灰石粉，实验配合比见表33，实验结果如图33。由图33可知，掺入石灰石粉后，无论是以內掺还是外掺的方式，RPC拌合基准外掺內掺185190195200205210215流动度MM掺加方式图33不同掺加方式对RPC流动度的影响重庆大学本科学生毕业设计（论文）3超细石灰石粉对新拌RPC拌合物工作性的影响15物的流动度均得到大幅度的提升，相对于基准试样，外掺和內掺石灰石粉分别使RPC拌合物的流动度提高了13和16。而两种掺加方式本身流动度差异并不大，石灰石粉內掺时拌合物流动度仅比外掺高5MM。石灰石粉改善RPC拌合物流动度的机理前面已经讨论，至于两种掺加方式下，拌合物的流动度差别不大的原因，可能是由于此时石灰石粉的比重效应和形态填充效应产生的结果相近，而石灰石粉的掺量为150KG/M3，相比于粉体材料而言并不算多，因而內掺时产生稀释水泥和硅灰使实际水胶比增大的效果不是很显著，所以流动度在內掺时比外掺高得不多，总体差异不大。综上所述，两种掺加方式对RPC拌合物的作用效果相近，石灰石粉內掺时流动度略高于外掺时的流动度。35本章小结（1）石灰石粉能很好地改善RPC拌合物的流动度，且拌合物流动度随着石灰石粉细度的增加而增加；当石灰石粉的细度增加到一定程度时，拌合物流动度的增幅开始减缓。（2）RPC拌合物的流动度随石灰石粉掺量的增加而有较大幅度的提高，在较高掺量时仍有较大的增长趋势。（3）实验中采用的两种掺加方式对RPC拌合物的作用效果相近，石灰石粉內掺时流动度略高于外掺时的流动度。重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响164超细石灰石粉对RPC强度的影响强度是评价混凝土性能最常用也是最重要的指标之一，对RPC来说更是如此，因为具有超高强度是RPC的主要特点之一。混凝土的强度一般与其其他性能有较为紧密的联系，比如，一般来说，混凝土的强度越高，其弹性模量就越高，抗渗性越好，耐久性也越好等。深入了解RPC的强度发展规律，有助于解决RPC在生成应用过程中遇到的各种问题，优化RPC的配合比使其真正达到高性能、高耐久的要求。石灰石粉对混凝土的作用包括填充效应、加速效应和活性效应，其中活性效应主要发展在后期（180D），石灰石粉与水泥的铝相发生反应生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙，与其他水化产物相互搭接交错，使水泥石更加密实13。但是，由于石灰石粉的活性是非常低的，加上掺入混凝土中取代水泥使实际水胶比增大，造成混凝土内部孔隙增多，导致混凝土强度下降。本文综合探导了石灰石粉在不同条件下（细度、掺量、掺加方法、水胶比及养护制度）对RPC强度的影响，同时参照蒲心诚教授提出的火山灰效应数值分析方法，分析了在不同条件下石灰石粉的强度贡献率、活性指数及其对RPC强度构成的影响15。41试验设计本章研究了不同细度、不同掺量以及不同掺加方式的超细石灰石粉对RPC拌合物抗压强度、抗折强度的影响，同时还研究了石灰石粉在不同水胶比、不同养护制度时对RPC性能的影响，间接分析超细石灰石粉对RPC的水化促进作用。为此，设计以下试验。411石灰石粉细度、掺量及掺加方式对RPC强度的影响配合比石灰石粉在不同细度、不同掺量以及不同掺加方式对RPC拌合物抗压强度、抗折强度的影响的配合比同31节中的表31、表32及表33。412不同水胶比条件下石灰石粉对RPC强度的影响配合比RPC的水胶比一般都比较低，多数在016020之间，实验研究了在三种水胶比（016、018及020）条件下石灰石粉对RPC的抗压强度、抗折强度及强度贡献率的作用效果，以评价石灰石粉在RPC中的作用。实验采用800目的石灰石粉，配合比设计见表41。重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响17不同水胶比条件下石灰石粉对RPC性能影响配合比表41编号水泥/KG硅灰/KG石英砂/KG石英粉/KG石灰石粉/KG水胶比减水剂17201799931715673155016227050690717626172691236893815345150330903026018020223注石灰石粉掺量为15，內掺等比例取代水泥和硅灰，除此之外，每个配合比均相应细度的用石灰石粉取代了50的石英粉。42石灰石粉细度对RPC强度的影响实验研究了三种细度的石灰石粉，按表31进行实验，拆模后分别以两种养护制度养护至测试龄期，进行抗折抗压试验，结果如图41。由图可知，在标准养护条件下，RPC的抗折强度及抗压强度的发展规律相近，17D强度发展迅速，7D时已达28D强度的70以上。值得注意的是，RPC的强度并不随石灰石粉细度增加而增加，石灰石粉细度对抗折抗压强度的作用效果也不尽相同。抗压强度随石灰石粉细度的增加先增加后减小，掺入800目石灰石粉时，强度最高，比基准试件提高了15；而抗折强度随石灰石粉细度的增加总体上呈递减的趋势，且在28D时掺入三种细度石灰石粉的试件的抗折强度均要小于基准试件。在热水养护条件下，RPC的抗压强度在前3D迅速发展，3D龄期时就已经达到最大值，7D和28D除了基准试件均出现了强度倒缩现象，和标准养护一样，掺入800目石灰石粉的LP800试件的抗压强度是最高的；抗折强度在早期13D发展也很快，但是强度倒缩只是极少数的现象。虽然热水养护在7D及28D有强度倒缩现象，但是其强度仍大于标准养护的试件。前面提到，石灰石粉对混凝土的作用有填充效应、加速效应和活性效应，一般认为活性效应主要发生在后期，故在此不做讨论。超细石灰石粉掺在RPC中，充当CSH凝胶的晶核，加速C3S的水化，使早期强度得以提高；另外，适当细度的石灰石粉填充在水化产物之间，使得RPC基体更为密实，也是RPC强度提高的原因之一。但是掺入1250目的石灰石粉，其抗折抗压强度比基准试件低，用中心质假说可以得到较好的解释在相同掺量下，1250目的石灰石粉超细颗粒比400目和800目石灰石粉的多，使H/L比值增大，并可能大于H/L的最佳值，加之其增大实际水胶比的效应，此时强度就会降低；而400目和800目石灰石粉的掺入增大了H/L比值且没有到达其最佳值，缩小了中心质之间的距离，增强了有利的重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响18中心质效应，使强度提高；热水养护下400目石灰石粉的掺入强度下降，可能是由于热水养护减少了未水化水泥颗粒，从而减少次中心质，抵消了掺入石灰石粉增多次中心质的效果，相比之下，其增大实际水胶比的效应更强。热水养护的试件，由于高温大大提高了胶凝材料的反应活性，加速了胶凝材料反应速率，仅在3D龄期时抗压强度就达到最高值，但在以后的龄期里，强度出现203040506070809068101214161820510152025303520406080100120抗压强度MPA龄期D基准400目800目1250目28731（2）热水养护龄期D抗折强度MPA龄期D基准400目800目1250目28731（1）标准养护（A）抗压强度（B）抗折强度（D）抗折强度抗折强度MPA基准400目800目1250目28731（C）抗压强度抗压强度MPA龄期D基准400目800目1250目28731图41不同养护条件下石灰石粉细度对RPC抗折、抗压强度的影响重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响19倒缩现象，这可能是因为热水养护结束后的降温速率过快（本实验试件热养结束后对养护介质水的降温速率并无明确要求，单纯关闭电源任其自然降至室温，然后转至标养室），导致RPC试件内外温差过大，引起温度应力，在试件内部形成一系列微裂缝，使RPC内部缺陷增多，从而强度下降；此外，应该反思90恒温3D的热水养护是否过长，长时间高温热水养护同样会对强度造成不利影响。虽然有文献指出RPC90热水养护的最佳恒温时间为3D20，但应具体问题具体分析，针对不同的情况，最佳养护制度应通过试验事先确定。所以对RPC采取热水养护时，开始热养时的升温速率和结束热养时的降温速率以及恒温时间一定要控制好，不能太快以致造成内部缺陷，这需要更进一步的研究。另一方面，参照蒲心诚教授提出的火山灰效应分析方法，作出了不同细度石灰石粉在不同龄期时的比强度系数、火山灰效应强度贡献率及活性指数，如图42所示。由图42易知，比强度系数、火山灰效应强度贡献率及活性指数有十分相似的形状，随着龄期的增加而降低，掺800目石灰石粉试件在各项参数中均为最大的；掺1250目石灰石粉的试件的活性指数在7的和28D均小于1，掺400目石灰石粉的试件的活性指数在28D也小于1，此时它们的贡献小于水泥的贡献；掺1250目石灰石粉的试件的强度贡献率小于0，表明它的作用效果是不利的。这些和前面的分析结果一致。综上所述，掺加800目石灰石粉的效果优于400目和1250目；为尽量避免强度倒缩现象，应合理控制RPC的热养制度，包括升温速率、降温速率及恒温时间，具体应通过试验确定。091011121314151617100102030400500051015202530比强度系数龄期D2873（C）活性指数（A）比强度系数火山灰效应强度贡献率龄期D28732873（B）火山灰效应强度贡献率活性指数龄期D400目800目1250目图42不同细度石灰石粉在不同龄期时的比强度系数、火山灰效应强度贡献率及活性指数重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响2043石灰石粉掺量对RPC强度的影响按表32中的配合比进行实验，拆模后同样以两种养护制度进行养护至测试龄期，实验结果如图43所示。由图可知，在标准养护条件下，RPC的抗折抗压强度随着龄期的发展而提高，7D龄期时强度就达到28D龄期的7080；掺入石灰石粉的试件的抗折抗压强度均比基准试件的强度低，各掺量试件的抗折抗压强度总体上呈现随掺量的增加而减小的趋势，其中掺量为10和15的两组试件强度较为接近。对热水养护的试件，抗压强度在3D后呈现倒缩现象，而抗折强度一直在增长，7D龄期时的抗折强度已经达到28D龄期的8090；同标准养护一样，热203040506070804681012141618203040506070809010051015202530抗压强度MPA龄期D010152025（D）抗折强度（C）抗压强度（B）抗折强度（2）热水养护抗折强度MPA龄期D010152025（1）标准养护（A）抗压强度抗压强度MPA龄期D01015202528731287312873128731抗折强度MPA龄期D010152025图43不同养护条件下石灰石粉掺量对RPC抗折、抗压强度的影响重庆大学本科学生毕业设计（论文）4超细石灰石粉对RPC强度的影响21水养护的基准试件的强度均高于其他试件；各掺量试件之间的比较较为没有规律，抗压强度在石灰石粉掺量为15时比其他掺量的试件都高，而比基准试件低了9；而抗折强度在掺量为20时是各掺量中最高的，但是比基准试件的抗折强度低了20，而且其强度值与掺量15的试件接近。由于石灰石粉取代了一部分水泥和硅灰，使RPC反应活性高的粉体材料减少，造成整体实际水胶比